Эксперименты с системой контрольных комбинационных схем

Для оценки эффективности применения TM(m,k)-кодов в системах функционального контроля авторами были проведены исследования с набором контрольных комбинационных схем LGSynth`89 [14], предназначенной для тестирования вновь разрабатываемых методов технической диагностики.

Экспериментальные исследования состояли в сравнительном анализе характеристик обнаружения ошибок на выходах контрольных комбинационных схем S(m,k)-кодами, RS(m,k)-кодами и TM(m,k)-кодами, а также в оценке сложности технической реализации структур систем функционального контроля, построенных на основе данных кодов. Для эксперимента было выбрано 8 контрольных комбинационных схем с количеством выходов . Результаты экспериментов занесены в таблице.

В эксперименте с контрольными комбинационными схемами моделировались одиночные константные неисправности на выходах логических элементов их внутренней структуры, производилась подача всех входных комбинаций и определялось количество необнаруживаемых каждым кодом ошибок по видам и кратностям. В таблице представлено общее количество необнаруживаемых ошибок различными кодами с суммированием, а также записаны доли необнаруживаемых каждым кодом ошибок от общего их возможного количества. Для оценки эффективности TM(m,k)-кода по сравнению с классическими и модифицированными кодами Бергера в таблице приведены доли необнаруживаемых TM(m,k)-кодом ошибок от количества необнаруживаемых S(m,k)-кодом ошибок (коэффициент , %) и аналогичный показатель по отношению к RS(m,k)-коду (коэффициент , %). TM(m,k)-коды гораздо эффективнее обнаруживают ошибки на выходах контрольных комбинационных схем, чем известные коды с суммированием единичных разрядов.

C использованием специально разработанного программного модуля были получены файлы-описания всех блоков структуры системы функционального контроля, синтезированной для каждого контрольного примера по S(m,k), RS(m,k) и TM(m,k) кода. Это позволило произвести оценку площади, занимаемой системами функционального контроля на кристалле (см. таблицу), в условных единицах SIS при использовании стандартной библиотеки функциональных элементов stdcell2_2.genlib [15]. Для оценки уменьшения площади системы контроля на основе TM(m,k)-кода по сравнению с известными кодами были рассчитаны показатели структурной избыточности – доля площади, занимаемой системой функционального контроля при использовании TM(m,k)-кода, от площади, занимаемой системами контроля по кодам S(m,k) и RS(m,k) (показатели и , %). По сравнению с данными структурами использование TM(m,k)-кода дает существенное уменьшение площади системы функционального контроля.

Выводы

Анализируя свойства TM(m,k)-кода, можно сделать вывод о том, что данный код гораздо эффективнее обнаруживает ошибки в системах функционального контроля, чем известные классические и модульные коды Бергера. Кроме того, для данного кода будет намного проще обеспечить свойство полной самопроверяемости структуры генератора тестера в системе функционального контроля.

Таблица. Показатели применения кодов с суммированием в системах функционального контроля

Контрольная схема	Количество выходов	Площади систем функционального контроля, организованных по кодам с суммированием, в усл. ед.	Показатель структурной избыточности, в %	Число не обнаруживаемых в схеме ошибок	Доля необнаруживаемых ошибок от общего их количества на выходах схемы, в %	Характеристика обнаружения ошибок, в %
S(m,k)	RS(m,k)	TM(m,k)			S(m,k)	RS(m,k)	TM(m,k)	S(m,k)	RS(m,k)	TM(m,k)
alu4					73,625	66,565				9,457	9,457	7,825	82,746	82,746
cm42a					38,426	33,549				2,878	2,878	0,719
cm138a					53,22	47,227							–	–
cu					27,262	30,537				24,675	24,675	24,675
f51m					60,075	63,817				0,927	0,927	0,294	31,707	31,707
pcle					32,216	37,898				1,075	1,1	1,024	95,208	93,054
pm1					55,682	70,394				3,615	3,615	1,045	28,914	28,914
sct					7,013	7,604				1,448	1,448	0,848	58,602	58,602
Средние значения				43,44	44,699				5,509	5,513	4,554	52,772	52,503

Библиографический список

1. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Христов Х.А., Гавзов Д.В. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики. – М.: Транспорт, 1995. – 272 с.

2. Nicolaidis M., Zorian Y. On-Line Testing for VLSI – А Compendium of Approaches // Journal of Electronic Testing: Theory and Applications. – 1998. – №12. – Pp. 7-20.

3. Mitra S., McClaskey E.J. Which Concurrent Error Detection Scheme to Сhoose? // Proceedings of International Test Conference, 2000, USA, Atlantic City, NJ, 03-05 October 2000, pp. 985-994.

4. Piestrak S.J. Design of Self-Testing Checkers for Unidirectional Error Detecting Codes. – Wrocław : Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocłavskiej, 1995, 111 p.

5. Fujiwara E. Code Design for Dependable Systems: Theory and Practical Applications. – John Wiley & Sons, 2006, 720 p.

6. Мехов В.Б., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Контроль комбинационных схем на основе модифицированных кодов с суммированием // Автоматика и телемеханика. – 2008. – №8. – С. 153-165.

7. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Блюдов А.А. Экспериментальные исследования двоичных кодов с суммированием // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2011. – №2. – С. 145-152.

8. Двоичные коды с суммированием, имеющие минимальное число необнаруживаемых искажений информационных разрядов / В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Д.В. Ефанов, А.А. Блюдов // Теоретические и практические аспекты развития систем железнодорожной автоматики и телемеханики : сб. науч. трудов; Ред. Вл.В. Сапожников. – СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2012. – С. 3-14.

9. Блюдов А.А., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Модифицированный код с суммированием для организации контроля комбинационных схем // Автоматика и телемеханика. – 2012 – №1. – С. 169-177.

10. Berger J.M. A Note on Error Detection Codes for Asymmetric Channels // Information and Control. – 1961. – Vol. 4. – Issue 1. – Pp. 68-73.

11. Ефанов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. О свойствах кода с суммированием в схемах функционального контроля // Автоматика и телемеханика. – 2010. – №6. – С. 155-162.

12. Согомонян Е.С., Слабаков Е.В. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы. – М.: Радио и связь, 1989, 208 с.

13. Блюдов А.А., Ефанов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Построение модифицированного кода Бергера с минимальным числом необнаруживаемых ошибок информационных разрядов // Электронное моделирование. – 2012. – Том 34. – №6. – С. 17-29.

14. Collection of Digital Design Benchmarks [Режим доступа: http://ddd.fit.cvut.cz/prj/Benchmarks/].

15. SIS: A System for Sequential Circuit Synthesis / E. M. Sentovich, K. J. Singh, L. Lavagno, C. Moon, R. Murgai, A. Saldanha, H. Savoj, P. R. Stephan, R. K. Brayton, A. Sangiovanni-Vincentelli // Electronics Research Laboratory, Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of California, Berkeley, 4 May 1992, 45 p.

Сведения об авторах

ЕФАНОВ Дмитрий Викторович – кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I;

e-mail: [email protected]

ЩАГИНА Владислава Александровна – студент факультета «Автоматизация и интеллектуальные технологии» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I;

e-mail: [email protected]

Перевод названия, аннотации, ключевых слов,

сведений об организации и об авторах на английский язык

© Ефанов Д. В., Щагина В. А., 2016